采用灰色关联的制造技术

本发明专利技术公开了一种采用灰色关联的

【技术实现步骤摘要】
采用灰色关联的3D打印螺杆挤出结构优化设计方法


[0001]本专利技术属于
3D
打印
，特别是针对
3D
打印成型平台的结构设计以及挤出结构的优化算法，具体是指一种采用灰色关联的
3D
打印螺杆挤出结构优化设计方法
。

技术介绍

[0002]含能材料是一类具有爆炸性基因或具有氧化剂和可燃物，在外界一定的能量刺激下，能独立地进行化学反应并释放大量能量
、
气体和热的化合物或混合物，随着科学技术的发展，军事力量的增强，对发射药也提出了越来越高的要求，传统的成型技术逐渐无法满足药柱多方面的要求，同时发射药的种类也越来越多，尤其是复杂异型药柱的出现，使得传统方式的制备成本也越来越高，工艺适应性差
、
过程冗繁的问题也愈加明显
。
[0003]3D
打印技术
(
也称增材制造技术
)
的发展，为新型成型方式提供了切实可行的方向
。
不同于传统的减材制造，这是一种通过分层切片
、
逐层堆积的堆积方式，“自下而上”累加材料来生成实体的制造技术
。
此技术可以实现去模具化，具有超级高的适应性，理论上可以制成任何形状的药柱
。
因此，含能材料
3D
打印技术的应用，可以突破目前发射药在传统制式上受几何形状和几何燃烧规律的限制，从而实现发射药在能量释放上控制
。
[0004]螺杆挤出广泛应用于塑料挤出机，具有良好的加工性能
、
混炼性能
、
挤出稳定等优点，螺杆挤出将一系列加工工艺融合到螺杆上来进行，例如输送
、
加压
、
混炼
、
排气
、
熔融等，提高了生产效率，能够高效连续的生产产品，而目前
3D
打印技术恰恰存在这方面的缺陷，无法大量高效连续的生产制造，为了弥补这一方面缺陷，自然而然的就将两者联系到一起，将挤出螺杆微型化应用在
3D
打印上，针对含能材料打印的特殊挤出环境设计异型螺杆，螺杆的挤出效果与螺杆设计参数紧密相关，故需进行形状参数的优化
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种采用灰色关联的
3D
打印螺杆挤出结构优化设计方法，实现本专利技术目的的技术解决方案为：
[0006]一种采用灰色关联的
3D
打印螺杆挤出结构优化设计方法，包括以下步骤：
[0007]步骤一，根据含能材料
3D
打印特殊条件，设计并构建多种参数方案的异型挤出螺杆模型，选取异型挤出螺杆模型的熔融段螺棱宽度
、
计量段螺距和熔融段螺槽深度作为试验因素，确定以最大挤出速率量
、
最大温度和最大耦合应力值作为评估指标；
[0008]步骤二，设计各正交试验因素的水平数，选取三因素三水平的正交表
(L9(33))
安排试验组合，三因素三水平的正交表
(L9(33))
中熔融段螺棱宽度安排在第1列，计量段螺距安排在第2列，熔融段螺槽深度安排在第3列，根据三因素三水平的正交表
(L9(33))
得到九个试验方案，并对各个试验方案进行仿真试验；
[0009]步骤三，对仿真试验的结果数据采用灰色关联法进行分析处理，确定评价数列与比较数列，对无量纲化后的结果数据计算关联系数，由正交试验的结果确定标度值，得到各评价样本的关联度，并确定最佳的参数方案
。
[0010]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0011]1.
能够处理系统中的部分确定和不确定信息
,
为异型螺杆设计参数评价和优化问题提供了新的途径，有效地解决了原有优化方法优化效果较差的问题，试验次数少，操作简单方便，解决了复杂参数的选择问题
。
[0012]2.
灰色关联度评价法能定量地处理评价中的灰色因素
,
所有评价指标有效数据对评价结果均产生影响
,
评价过程没有丢失信息的现象
,
评价结果直观
、
可靠
,
弥补了传统评判法的不足
。
附图说明
[0013]图1为本专利技术适用于含能材料
3D
打印的异型螺杆侧视简图
。
[0014]图2为仿真试验结果中流体挤出出口截面应力云图
。
[0015]图3为仿真试验结果中流体挤出出口截面温度云图
。
[0016]图4为仿真试验结果中流体挤出出口截面速度云图
。
具体实施方式
[0017]为了能够更清楚地理解本专利技术的
技术实现思路
，特举以下实施例详细说明
。
下面将结合附图，作进一步详细的叙述
。
[0018]采用灰色关联的
3D
打印螺杆挤出结构优化设计方法，包括以下步骤：
[0019]步骤一，根据含能材料
3D
打印特殊条件，设计并构建多种参数方案的异型挤出螺杆模型，选取异型挤出螺杆模型的熔融段螺棱宽度
、
计量段螺距和熔融段螺槽深度作为试验因素，确定以最大挤出速率量
、
最大温度和最大耦合应力值作为评估指标；
[0020]步骤二，设计各正交试验因素的水平数，选取三因素三水平的正交表
(L9(33))
安排试验组合，三因素三水平的正交表
(L9(33))
中熔融段螺棱宽度安排在第1列，计量段螺距安排在第2列，熔融段螺槽深度安排在第3列，根据三因素三水平的正交表
(L9(33))
得到九个试验方案，并对各个试验方案进行仿真试验；
[0021]步骤三，对仿真试验的结果数据采用灰色关联法进行分析处理，确定评价数列与比较数列，对无量纲化后的结果数据计算关联系数，由正交试验的结果确定标度值，得到各评价样本的关联度，并确定最佳的参数方案
[0022]具体地，步骤1中设计并构建多种参数方案的异型挤出螺杆模型的具体方法如下：以三段七区理论设计所述异型挤出螺杆模型，包括：加料段
、
熔融段和计量段
。
由于含能材料属于一种高危材料，需要综合考虑挤出流量，剪切热量对含能材料的影响，在试验时采用关键参数相同的代用料，具体打印参数为：入口温度：
65℃
；入口流率：
0.6
×
10
‑
6m3/s
；流体密度：
1099kg/m3；单位质量热容率：
2100J/kg
·
℃
；热导率：
0.6077W/m
·
℃(
考虑流体粘性发热
)
；螺杆热导率：本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种采用灰色关联的
3D
打印螺杆挤出结构优化设计方法，其特征在于
,
包括以下步骤：步骤一，根据含能材料
3D
打印特殊条件，设计并构建多种参数方案的异型挤出螺杆模型，选取异型挤出螺杆模型的熔融段螺棱宽度
、
计量段螺距和熔融段螺槽深度作为试验因素，确定以最大挤出速率量
、
最大温度和最大耦合应力值作为评估指标；步骤二，设计各正交试验因素的水平数，选取三因素三水平的正交表
(L9(33))
安排试验组合，三因素三水平的正交表
(L9(33))
中熔融段螺棱宽度安排在第1列，计量段螺距安排在第2列，熔融段螺槽深度安排在第3列，根据三因素三水平的正交表
(L9(33))
得到九个试验方案，并对各个试验方案进行仿真试验；步骤三，对仿真试验的结果数据采用灰色关联法进行分析处理，确定评价数列与比较数列，对无量纲化后的结果数据计算关联系数，由正交试验的结果确定标度值，得到各评价样本的关联度，并确定最佳的参数方案
。2.
根据权利要求1所述的采用灰色关联的
3D
打印螺杆挤出结构优化设计方法，其特征在于，步骤1中设计并构建多种参数方案的异型挤出螺杆模型的具体方法如下：以三段七区理论设计所述异型挤出螺杆模型，包括：加料段
、
熔融段和计量段
。3.
根据权利要求2所述的采用灰色关联的
3D
打印螺杆挤出结构优化设计方法，其特征在于，步骤2中运用有限元软件
POLYFLOW
对螺杆挤出进行模拟仿真，根据三因素三水平的正交表
(L9(33))
进行仿真试验，仿真试验中使用代用料替代含能材料，代用料由纤维素衍生物与乙酸乙酯混合调制而成，仿真试验中用到边界条件参数和
Bird
‑
Carreau
模型，边界条件参数如表3所示；所示；
Bird
‑
Carreau
模型，如下所示：其中参数为：
μ
∞
＝0，零剪切黏度
μ0＝
911.7Pa
·
s
，松弛时间
λ
＝
0.06279
，非牛顿指...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄玲，汪川，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：